併網發電系統孤島檢測及保護方法
2023-06-06 00:37:41 1
專利名稱：併網發電系統孤島檢測及保護方法
技術領域：
本發明涉及太陽能光伏發電技術領域，具體涉及一種光伏併網逆變器孤島檢測及保護方法。
背景技術：
孤島現象是指當電網故障或停電時，用戶端的併網發電系統未能即時檢測出停電狀態而將自身切離市電網絡，而形成由併網發電系統和周圍的負載組成的一個自給供電的孤島。這會危及電網輸電線路上維修人員的安全；影響配電系統上的保護開關的動作程， 衝擊電網保護裝置；影響傳輸電能質量等。因此併網發電設備必須要具有孤島檢測功能，及時實現孤島保護。傳統的孤島檢測有被動式和主動式。被動式檢測是直接檢測電壓頻率等參數，在孤島發生的情況下，通常電壓、頻率、 相位等會不穩定，因此可直接判斷欠壓過壓欠過頻，諧波量，相差等來實現保護。但由於存在檢測盲區，會經常出現漏檢。主動式檢測是只在程序裡添加輸出幹擾量，如改變頻率，相位等。由於電網的強大糾正能力，在電網存在的時候，輸出電流同步電網電壓，輸出擾動量不會對併網電壓產生影響，孤島發生時，由於擾動，電壓頻率等會跟隨擾動量發生改變，從而判斷孤島的發生。主動式檢測法包括一種主動頻率偏移法主動頻率偏移法是指對併網逆變器的頻率輸出一定的擾動量。當孤島產生時，逆變器的採樣的電網電壓其實為負載電壓，由輸出電流決定，則給定值每周期都在偏移，導致輸出電流頻率持續變化，直至頻率保護允許範圍，逆變器將自動進行保護。但是，主動頻率偏移法是輸出固定的頻率偏移，在一定的RLC負載下，發生諧振，電壓電流同頻同相且頻率在正常的工作範圍內，會造成孤島檢測的失敗。本發明是對主動頻率偏移法的改進。
發明內容
有鑑於背景技術中提到的問題，有必要提供一種能快速實現孤島檢測和保護的系統和方法。本發明是通過以下技術方案實現的一種併網發電系統孤島檢測及保護方法，包括以下步驟SI、對電網的電壓進行過零中斷檢測；S2、當檢測到發生過零中斷時，計算電網的周期計數值T及對應的頻率值f;S3、判斷頻率值f是否在正常範圍內；S41、如判斷結果為否，停止PWM輸出，斷開輸出繼電器；S42、如判斷結果為是，對PWM輸出施加頻率擾動，使輸出電流的周期和頻率值改變，計算出輸出電流的載波周期值Tcnew ；
S5、將S42中計算得到的輸出電流的載波周期值Tcnew寫進EPWM周期寄存器；S6、SPWM 脈衝輸出。所述對電網的電壓進行過零中斷檢測是通過並聯於DSP的外中斷Xint引腳與電網電壓輸出端之間的過零中斷檢測電路實現的。S2中所述的周期計數值T的計算方法是當檢測到發生過零中斷時，記錄此時刻DSP的計數值Tpr I，在下一次中斷時記錄DSP的計數值Tpr2，則周期計數值為T = (Tpr2-Tprl)/DSP的頻率，所述頻率值f = 1/T。S3所述的判斷頻率值f是否在正常範圍內包括將頻率值f對應的計數值 (Tpr2-Tprl)與預設的範圍值進行比較，判斷頻率值f是否在正常範圍內。S42中所述的對PWM輸出施加頻率擾動，是指每經過一定的時間對載波周期增加一定的量；所述使輸出電流的周期和頻率值改變是指，通過公式Tcnew = Tc (t) +k (η)，計算出輸出電流的周期值Tcnew，Tc (t)指實時從上一周期計數值為T計算出來的實時載波周期值，k(n)為增加或減小的載波周期量；當η從O變化到5,再逆向減小到O, Tcnew值隨之改變。一種併網發電系統孤島檢測裝置，其包括過零中斷檢測電路，用於對電網的正弦電壓進行過零中斷檢測；周期計數值計算模塊，用於當檢測到發生過零中斷時，計算電網的周期計數值T 及對應的頻率值f ;判斷模塊，用於判斷頻率值f是否在正常範圍內；控制模塊，用於當判斷結果為否，停止PWM輸出，斷開輸出繼電器；擾動模塊，用於當判斷結果為是，對PWM輸出施加頻率擾動從而使輸出電流的周期和頻率值改變；寫入模塊，用於將計算得到的輸出電流的載波周期值Tcnew值寫進EPWM周期寄存器；輸出模塊，用於控制SPWM脈衝輸出。所述的周期計數值T的計算方法是當檢測到發生過零中斷時，記錄此時刻DSP的計數值Tprl,在下一次中斷時記錄DSP的計數值Tpr2,則周期計數值為T = (Tpr2_Tprl)/ DSP的頻率，所述頻率值f = 1/T。所述的判斷頻率值f是否在正常範圍內包括將頻率值f對應的計數值 (Tpr2-Tprl)與預設的範圍值進行比較，判斷頻率值f是否在正常範圍內。所述的對PWM輸出施加頻率擾動，是指每經過一定的時間對載波周期增加一定的量；所述使輸出電流的周期和頻率值改變是指，通過公式Tcnew = Tc(t)+k(n)，計算出輸出電流的周期值Tcnew，Tc(t)指實時從上一周期計數值為T計算出來的實時載波周期值， k (η)為增加或減小的載波周期量；當η從O變化到5，再逆向減小到0，Tcnew值隨之改變。與現有技術相比，本發明具備如下優點本發明採用滑動的頻移法，在一定的時間內，輸出頻率擾動量從O開始增大到設定值，再從設定值減小到0，即擾動量是一個變化的量，電壓電流的相位角不是一個固定的值，因此功率因數不是一個固定的值，不會在某一時間內固定RLC的情況下發生諧振現象；且孤島發生時，頻率發生改變，據不同的設定值，頻率值在很短的時間內發生改變，超出保護設定值，即斷開輸出，能很好的實現孤島保護。
圖I是併網逆變器電網電壓電流採樣及過零中斷採樣電路圖；圖2是本發明併網逆變器的調製波與輸出正弦波電壓的波形示意圖；圖3是本發明併網發電系統孤島檢測方法流程圖。
具體實施例方式實施例一本實施例提供一種併網發電系統孤島檢測方法，如圖3所示，其包括以下步驟SI、過零中斷檢測如圖I所示，電網的正弦電壓經過過零檢測電路，得到方波，連接到DSP的外中斷 Xint引腳，DSP檢測到方波上升沿後發生過零中斷，從而實現過零中斷檢測；過零檢測電路的原理可以理解為當輸入電壓大於O的時候,輸出數位訊號1，輸入電壓小於O時,輸出O ;圖I中所示Ul為50Hz的正弦電壓(圖中未示出)，vtl是過零中斷檢測電路輸出的方波(圖中未示出)，過零中斷DSP檢測到vtl的上升沿，即觸發外部中斷；S2、計算電網的周期計數值T及對應的頻率值f ；當檢測到發生過零中斷時,記錄此時刻DSP的計數值Tprl,在下一次中斷時記錄計數值Tpr2，如DSP的頻率為60MHz，則周期計數值為T = (Tpr2_Tprl) / (60*106)，頻率f =1/T，正常情況下，對於50Hz的電網頻率，電網周期T的計數值=Tpr2-Tprl = 1200000 ； 將計算得到的載波周期計數值T寫入EPWM周期寄存器；S3、判斷頻率值f是否在正常範圍內；在某一地區，電網的頻率基本是確定的，如我國的電網頻率是50Hz，且波動範圍比較小；將頻率值f對應的計數值(Tprf-Tprl)與預設的範圍值進行比較，判斷頻率值f是否在正常範圍內；S41、如判斷結果為否，停止PWM輸出，斷開輸出繼電器；S42、如判斷結果為是，對PWM輸出施加頻率擾動，即每經過一定的時間對載波周期增加一定的擾動量，在載波頻率為20kHz條件下，計算出載波周期計數值Tc，對於50Hz 的正弦波輸出，貝1J輸出400個載波周期與一電網周期相等；通過公式Tcnew = Tc(t)+k(η), 計算出Tcnew，Tc (t)指實時從上一周期計數值為T計算出來的實時載波周期值，k (η)為增加或減小的載波周期增量；當隨著η從O變化到5的時候再逆向減小到O, Tcnew值隨之改變，從而使輸出電流的周期改變，輸出電流值與電網頻率值相等，在輸出擾動時有很小的變化；S5、將計算得到的Tcnew值寫進EPWM周期寄存器；S6、SPWM脈衝輸出，當載波周期Tc值改變，即引起輸出電流的周期值也即頻率的變化。本發明所述的併網逆變器的輸出SPWM為單極性PWM調製，其調製波與輸出正弦波電壓如圖2所示；SPWM載波的頻率由DSP的EPWM模塊的周期值決定，例如系統頻率 60MHz, SPWM載波頻率為20KHz，EPWM選擇增減模式，則要寫進PWM的周期計數值為=Tepwm =O. 5*60*106/(20*103) = 1500 ;對於 50Hz 的電網，則每輸出 400 ( = 1200000/(1500*2))次為一電網周期；對於併網逆變器輸出來說，改變EPWM模塊的周期值，則可以改變輸出的電流頻率。綜上所述，DSP檢測到方波上升沿後發生過零中斷，通過前後兩次過零中斷時間可以計算出電網的頻率值f，正常情況下，電網的波動比較小，不會超出程序的設定的頻率保護範圍值；頻率值f在正常範圍內情況下，循環(5次)增加對電流頻率的擾動，具體的，是每經一定的時間增加一定的頻率，計算將要寫進EPWM周期寄存器的值Tcnew，其決定輸出正弦電流的頻率值。逆變器正常運行中，電網的頻率基本是穩定的，反映出來的是電壓電流的相位不是固定的(0-11.25° )，而是小幅變化的值。孤島發生後，即電網斷開，此時電壓頻率完全由輸出電流決定，電壓的頻率隨之增大，當過零中斷檢測到頻率值f超出設定的保護範圍，逆變器停止輸出，關PWM，斷開所有連接的繼電器，切離電網，實現孤島保護。本發明為滑動的頻移法。在一定的時間內，輸出頻率擾動量從O開始增大到設定值，再從設定值減小到0，即擾動量是一個變化的量，電壓電流的相位角不是一個固定的值， 因此功率因數不是一個固定的值，不會在某一時間內固定RLC的情況下發生諧振現象；且孤島發生時，頻率發生改變，據不同的設定值，頻率值在很短的時間內發生改變，超出保護設定值，能很好的實現孤島保護。實施例二 本實施例還提供一種用於實現實施例一所述的檢測方法的裝置，其包括過零中斷檢測電路，用於對電網的正弦電壓進行過零中斷檢測；周期計數值計算模塊，用於當檢測到發生過零中斷時，計算電網的周期計數值T 及對應的頻率值f ;判斷模塊，用於判斷頻率值f是否在正常範圍內；控制模塊，用於當判斷結果為否，停止PWM輸出，斷開輸出繼電器；擾動模塊，用於當判斷結果為是，對PWM輸出施加頻率擾動，具體的，每經過一定的時間增加一定的周期增量，通過公式Tcnew = Tc(t)+k(n),計算出Tcnew, k (η)為增加或減小的周期增量；當η從O變化到5，再逆向減小到0，Tcnew值隨之改變，從而使輸出電流的周期和頻率值改變；寫入模塊，用於將計算得到的輸出電流的周期值Tcnew值寫進EPWM周期寄存器；輸出模塊，用於控制SPWM脈衝輸出。
權利要求
1.一種併網發電系統孤島檢測及保護方法，其特徵在於包括以下步驟51、對電網的電壓進行過零中斷檢測；52、當檢測到發生過零中斷時，計算電網的周期計數值T及對應的頻率值f;53、判斷頻率值f是否在正常範圍內；541、如判斷結果為否，停止PWM輸出，斷開輸出繼電器；542、如判斷結果為是，對PWM輸出施加頻率擾動，使輸出電流的周期和頻率值改變，計算出輸出電流的載波周期值Tcnew ；55、將S42中計算得到的輸出電流的載波周期值Tcnew寫進EPWM周期寄存器；56、SPWM脈衝輸出。
2.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於所述對電網的電壓進行過零中斷檢測是通過並聯於DSP的外中斷Xint引腳與電網電壓輸出端之間的過零中斷檢測電路實現的。
3.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於S2中所述的周期計數值T的計算方法是: 當檢測到發生過零中斷時，記錄此時刻DSP的計數值TprI,在下一次中斷時記錄DSP的計數值Tpr2，則周期計數值為T = (Tpr2-Tprl)/DSP的頻率，所述頻率值f = 1/T。
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於S3所述的判斷頻率值f是否在正常範圍內包括將頻率值f對應的計數值(Tprf-Tprl)與預設的範圍值進行比較，判斷頻率值f是否在正常範圍內。
5.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於S42中所述的對PWM輸出施加頻率擾動， 是指每經過一定的時間對載波周期增加一定的量；所述使輸出電流的周期和頻率值改變是指，通過公式Tcnew = Tc (t)+k(η),計算出輸出電流的周期值Tcnew, Tc (t)指實時從上一周期計數值為T計算出來的實時載波周期值，k(n)為增加或減小的載波周期量；當η從O 變化到5，再逆向減小到0，Tcnew值隨之改變。
6.一種併網發電系統孤島檢測裝置，其包括過零中斷檢測電路，用於對電網的正弦電壓進行過零中斷檢測；周期計數值計算模塊，用於當檢測到發生過零中斷時，計算電網的周期計數值T及對應的頻率值f ;判斷模塊，用於判斷頻率值f是否在正常範圍內；控制模塊，用於當判斷結果為否，停止PWM輸出，斷開輸出繼電器；擾動模塊，用於當判斷結果為是，對PWM輸出施加頻率擾動從而使輸出電流的周期和頻率值改變；寫入模塊，用於將計算得到的輸出電流的載波周期值Tcnew值寫進EPWM周期寄存器；輸出模塊，用於控制SPWM脈衝輸出。
7.根據權利要求6所述的裝置，其特徵在於所述的周期計數值T的計算方法是當檢測到發生過零中斷時，記錄此時刻DSP的計數值Tprl，在下一次中斷時記錄DSP的計數值 Tpr2，則周期計數值為T = (Tpr2-Tprl)/DSP的頻率，所述頻率值f = 1/T。
8.根據權利要求7所述的裝置，其特徵在於所述的判斷頻率值f是否在正常範圍內包括將頻率值f對應的計數值(Tprf-Tprl)與預設的範圍值進行比較，判斷頻率值f是否在正常範圍內。
9.根據權利要求8所述的裝置，其特徵在於所述的對PWM輸出施加頻率擾動，是指每經過一定的時間對載波周期增加一定的量；所述使輸出電流的周期和頻率值改變是指，通過公式Tcnew = Tc (t)+k (η),計算出輸出電流的周期值Tcnew, Tc (t)指實時從上一周期計數值為T計算出來的實時載波周期值，k(n)為增加或減小的載波周期量；當η從O變化到 5，再逆向減小到0，Tcnew值隨之改變。
全文摘要
本發明提供一種併網發電系統孤島檢測及保護方法，包括S1、對電網的電壓進行過零中斷檢測；S2、當檢測到發生過零中斷時，計算電網的周期計數值T及對應的頻率值f；S3、判斷頻率值f是否在正常範圍內；S41、如判斷結果為否，停止PWM輸出，斷開輸出繼電器；S42、如判斷結果為是，對PWM輸出施加頻率擾動，使輸出電流的周期和頻率值改變，計算出輸出電流的載波周期值Tcnew；S5、將Tcnew寫進EPWM周期寄存器；S6、SPWM脈衝輸出。本發明採用滑動的頻移法，使功率因數不是一個固定的值，不會在某一時間內固定RLC的情況下發生諧振現象；且孤島發生時，能很好的實現孤島保護。
文檔編號G01R23/02GK102611183SQ20121005144
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月1日 優先權日2012年3月1日
發明者黎運勝 申請人:珠海天兆新能源技術有限公司